Файл: История развития средств вычислительной техники (Глава 1. Ручной этап вычисления (с древних времен до н.э.)).pdf

Хотя ENIAC был разработан и в основном использовался для расчета таблиц артиллерийского обстрела для Лаборатории баллистических исследований армии Соединенных Штатов, его первые программы включали изучение возможности использования термоядерного оружия. Компьютер был основан на некоторых концепциях, разработанных Аланом Тьюрингом. Алан Тьюринг был страстным и известным британским математиком, в основном известным тем, что задумывал современные вычисления, анализируя, что значит, для человека следовать определенному методу или процедуре для выполнения задачи. Для этого он придумал идею «Универсальной машины», которая могла бы декодировать и выполнять любой набор инструкций. Десять лет спустя он превратил эту революционную идею в практический план для электронного компьютера, способного запустить любую программу.

Первые поколения компьютеров обладали характеристиками, которые отличали их от любого другого поколения компьютеров. В первом поколении компьютеров использовались две основные технологии, которые помогали компьютерам функционировать так, как этого хотели изобретатели. Эти компьютеры были большими и очень ненадежными. Они нагреваются и часто отключаются и могут быть использованы только для очень простых вычислений.

4.2. II Поколение

Период второго поколения был 1953-1963 гг. Компьютеры второго поколения заменили вакуумные трубки на транзисторы. Транзистор представляет собой небольшое устройство, используемое для усиления его электрического входа. Транзисторы, используемые во втором поколении компьютеров, были намного лучше, чем вакуумные трубки, используемые для компьютеров первого поколения, поскольку это сильно повлияло на то, что они изменили характеристики второго поколения компьютеров. Например, используемые транзисторы позволили и сделали компьютеры второго поколения меньше, быстрее, дешевле, менее энергозатратными и надежнее, чем их предшественники первого поколения. Несмотря на то, что транзистор все еще генерировал большое количество тепла, которое повредило компьютер, это было значительное улучшение по сравнению с вакуумной трубкой.

В этом поколении магнитные сердечники использовались в качестве первичной памяти, а магнитная лента и магнитные диски - в качестве вторичных запоминающих устройств. Основными особенностями второго поколения являются; использование транзисторов, надежные по сравнению с компьютерами первого поколения, меньшего размера по сравнению с компьютерами первого поколения, выделяют меньше тепла по сравнению с компьютерами первого поколения и т. д. После изобретения транзисторов из лаборатории Беллс в 1947 году эти транзисторы немедленно заменили все вакуумные трубки; развитие уменьшило размер компьютеров второго поколения и увеличило и улучшило эффективность компьютеров.

Компьютер второго поколения отличается от первого поколения главным образом из-за добавления набора регистров индекса и арифметических схем. Эта схема может обрабатывать операции как с плавающей, так и с фиксированной точкой, поскольку они имеют отдельные операции ввода и вывода. Примером второго поколения компьютеров был IBM 7090.

IBM 7090 была самой мощной системой обработки данных в то время. Полностью транзисторная система имеет вычислительные скорости в шесть раз выше, чем у ее предшественника с вакуумными лампами, IBM 709. Хотя IBM 7090 была системой обработки данных общего назначения, разработанной с особым вниманием к потребностям проектирования ракет, реактивных двигателей двигатели, ядерные реакторы и сверхзвуковые самолеты. IBM 7090 содержал более 50 000 транзисторов плюс чрезвычайно быстрое хранилище на магнитных сердечниках. Новая система может одновременно считывать и записывать со скоростью 3 000 000 бит в секунду, когда используются восемь каналов данных. За 2,18 миллионов долей секунды он может найти и подготовить к использованию любые из 32 768 номеров данных или команд (каждая из 10 цифр) в хранилище магнитного сердечника.

Технология, использованная при создании компьютеров второго поколения, принесла много преимуществ и недостатков как для пользователей, так и для компьютерной эры. Например, это сделало компьютеры второго поколения более надежными, меньшими по размерам по сравнению с первым, использовалось меньше энергии, не нагревалось как компьютеры первого поколения, лучшая портативность, лучше и быстрее в работе, скорость, это позволяло вычислить данные в микросекундах, улучшить точность и автоматизацию. Однако недостатки используемой технологии заключались в том, что, хотя она выделяла меньше тепла, она все еще требовала охлаждения, а также постоянного обслуживания.

4.3. III Поколение

Период третьего поколения компьютеров был между 1964-1971 гг.. В этом поколении вместо транзисторов, используемых во втором поколении компьютеров, использовались интегральные схемы, а используемые интегральные схемы были отличительной чертой компьютеров третьего поколения. Интегральная схема представляет собой небольшой чип, который может функционировать как усилитель, микропроцессор или даже больше памяти компьютера. Интегральные схемы (ИС) полностью изменили вычислительную среду в 1960-х годах.

Интегральные схемы были изобретены Джеком Килби. Джек Килби, американский инженер-электрик, принимавший участие в реализации первой интегральной схемы. Дальнейшее развитие технологии, используемой в компьютерах третьего поколения, сделало компьютеры более компактными, надежными и эффективными. Основными особенностями компьютеров третьего поколения было то, что они; использовали интегральные схемы, надежные по сравнению с предыдущими двумя поколениями, меньшие по размеру, генерирующие меньше тепла, более быстрые с точки зрения скорости, меньшего технического обслуживания, все еще дорогостоящие, требующие переменного тока и потребляющие меньше электроэнергии. Примером компьютера третьего поколения была серия IBM-360.

Серия IBM-360 была самым быстрым и мощным компьютером, который когда-либо использовался. Он был специально разработан для высокоскоростной обработки данных для научных приложений, таких как исследование космоса, теоретическая астрономия, субатомная физика и глобальное прогнозирование погоды. По оценкам IBM, каждый день использования модели 360 будет решаться более 1000 задач, включая около 200 миллиардов вычислений.

Интегральные схемы, использованные в компьютерах третьего поколения, имели много преимуществ и недостатков. Например, одним из преимуществ компьютеров третьего поколения было то, что оно было более надежным, что означало, что компьютеры третьего поколения неизменно были хорошими по качеству и производительности. Другим примером преимущества компьютеров третьего поколения было то, что они потребляли меньше энергии и производили меньше тепла по сравнению с компьютерами двух предыдущих поколений. Однако, несмотря на то, что они производили меньше тепла, они все равно требовали кондиционирования воздуха, что было одним из огромных ограничений третьего поколение компьютеров.

Однако, поскольку компьютеры третьего поколения в то время были очень сложной технологией, для производства интегральных микросхем \ требовалась огромная сумма денег, а это означало, что процесс производства и изготовления компьютеров третьего поколения был дорогостоящим.

4.4. IV поколение

Компьютеры четвертого поколения были продолжением компьютеров третьего поколения. В эту эпоху размер и стоимость компьютера резко сократились, тогда как память и скорость компьютеров резко возросли. В компьютерах четвертого поколения была использована технология Very Large-Scale Integration (VLSI), которая представляет собой процесс создания интегральной схемы (ИС) путем объединения тысяч транзисторов в один чип. Например, использование технологии сделало компьютеры четвертого поколения очень компактными и небольшими, отличными по скорости и надежности, увеличило емкость основного хранилища, стало более универсальным, портативным и продавалось по низкой цене, что улучшало популярность компьютеров; из-за особенностей компьютеров четвертого поколения они привели к революции персональных компьютеров (ПК).

Примером четвертого поколения компьютеров был APPLE II. APPLE II был 8-битным домашним компьютером, одним из первых очень успешных серийных микрокомпьютерных продуктов, созданным Стивом Возняком (Стив Джобс руководил разработкой пенопластового корпуса Apple II, а Род Холт разработал импульсный источник питания). Он был представлен Джобсом в 1977 году на Западном побережье компьютерной ярмарки и стал первым потребительским продуктом, проданным Apple Computer.

Компьютер четвертого поколения в основном состоит из пяти независимых блоков: ввода, памяти, арифметики и логики, блока вывода и управления. Устройство принимает цифровую информацию от пользователя через клавиатуру, мышь, микрофон и др.; информация либо сохраняется, либо обрабатывается в зависимости от типа инструкций. Первоначально интегральные схемы содержали всего около десяти-двадцати компонентов. Эта технология получила название маломасштабной интеграции (SSI). Позднее, с развитием технологий для производства микросхем, стало возможным объединить до ста компонентов на одном чипе. Эта технология стала известна как интеграция среднего масштаба (MSI). Затем наступила эра крупномасштабной интеграции (LSI), когда стало возможным интегрировать более 30 000 компонентов в один чип. Усилия еще продолжаются для дальнейшей миниатюризации, и ожидается, что более одного миллиона компонентов будут интегрированы в один чип, известный как очень крупномасштабная интеграция (VLSI).

Компьютер четвертого поколения, который есть у нас сейчас, имеет мозг LSI-чипов. Это технология LSI, которая привела к разработке очень маленьких, но чрезвычайно мощных компьютеров. Это было начало социальной революции. Вскоре появилась компьютерная схема размером с почтовую марку. Компьютеры стали невероятно компактными. Они стали недорогими в производстве, и внезапно стало возможным, что каждый и каждый сможет владеть компьютером.

4.5. V поколение

ЭВМ пятого поколения — это ЭВМ будущего. Программа разработки, так называемого, пятого поколения ЭВМ была принята в Японии в 1982 г.. Предполагалось, что к 1991 г. будут созданы принципиально новые компьютеры, ориентированные на решение задач искусственного интеллекта. С помощью языка Пролог и новшеств в конструкции компьютеров планировалось вплотную подойти к решению одной из основных задач этой ветви компьютерной науки - задачи хранения и обработки знаний. Коротко говоря, для компьютеров пятого поколения не пришлось бы писать программ, а достаточно было бы объяснить на «почти естественном» языке, что от них требуется.

Предполагается, что их элементной базой будут служить не СБИС, а созданные на их базе устройства с элементами искусственного интеллекта. Для увеличения памяти и быстродействия будут использоваться достижения оптоэлектроники и биопроцессоры.

На ЭВМ пятого поколения ставятся совершенно другие задачи, нежели при разработке всех прежних ЭВМ. Если перед разработчиками ЭВМ с I по IV поколений стояли такие задачи, как увеличение производительности в области числовых расчётов, достижение большой ёмкости памяти, то основной задачей разработчиков ЭВМ V поколения является создание искусственного интеллекта машины (возможность делать логические выводы из представленных фактов), развитие «интеллектуализации» компьютеров - устранения барьера между человеком и компьютером.

К сожалению, японский проект ЭВМ пятого поколения повторил трагическую судьбу ранних исследований в области искусственного интеллекта. Более 50-ти миллиардов йен инвестиций были потрачены впустую, проект прекращен, а разработанные устройства по производительности оказались не выше массовых систем того времени. Однако,2ц проведенные в ходе проекта исследования и накопленный опыт по методам представления знаний и параллельного логического вывода сильно помогли прогрессу в области систем искусственного интеллекта в целом.

Уже сейчас компьютеры способны воспринимать информацию с рукописного или печатного текста, с бланков, с человеческого голоса, узнавать пользователя по голосу, осуществлять перевод с одного языка на другой. Это позволяет общаться с компьютерами всем пользователям, даже тем, кто не имеет специальных знаний в этой области.

Многие успехи, которых достиг искусственный интеллект, используют в промышленности и деловом мире. Экспертные системы и нейронные сети эффективно используются для задач классификации (фильтрация СПАМа, категоризация текста и т.д.). Добросовестно служат человеку генетические алгоритмы (используются, например, для оптимизации портфелей в инвестиционной деятельности), робототехника (промышленность, производство, быт - везде она приложила свою кибернетическую руку), а также многоагентные системы. Не дремлют и другие направления искусственного интеллекта, например распределенное представление знаний и решение задач в интернете: благодаря им в ближайшие несколько лет можно ждать революции в целом ряде областей человеческой деятельности.

Заключение

Цифровые компьютеры в настоящее время доминируют в вычислительном мире во всех областях, начиная от ручного калькулятора до суперкомпьютера, и являются всепроникающими во всем обществе. Научное развитие вычислений ограничены областью цифровых, электронных вычислительных машин. Компьютеры стали символом прогресса. По мере того как человеку понадобится обрабатывать все большее количество информации, будут совершенствоваться и средства ее обработки – компьютеры; будут появляться новые языки программирования. К сожалению, в одной работе невозможно рассмотреть все многообразие и всю сложность мира компьютерной техники. Но краткий экскурс в историю показал развитие вычислительной техники от первых счетных приспособлений до компьютеров, в мире которых живет современное человечество.